Opis patentowy opublikowano: 31.03.1979 89273 Opis patentowy przedrukowano ze wzgledu na zauwazone bledy MKP C«7£ 9/38 Int. Cl.2 C07F 9/38 CZYTELNIA Ur-edu Pafeatewego Twórca wynalazku: : Uprawniony z patentu: Monsato Company, St. Louis (Stany Zjedno¬ czona Ameryki) Sposób wytwarzania N-fosfonometyloglicyny ewentualnie w postaci soli Przedmiotem wynaalzku jest sposób wytwarzania N-fosfonometyloglicyny o wzorze 1 ewentualnie w postaci isoli na drodze hydrolizy, w srodowisku mocnego kwasu.Znainy sposób wytwarzania N-fosfonometylogli¬ cyny polega na poddaniu reakcji kwasu chlorome- tylofosfonowego z glicyna. Jednakze jako produkt otrzymuje sie w duzej mierze zwiazek trójpod- stawiony przy atomie azotu, co obniza wydajnosc reakcji.Znany z bulgarskiego opisiu patentowego nr 18585 sposób wytwarzania N-fosfonometyloglicyny polega na utlenianiu N-fosfinometyloglicyny chlorkiem miedziowym, który ulega redukcji do chlorku mie- dziawego. Wada tego sposobu jest niska wydajnosc oraz zanieczyszczanie srodowiska towarzyszace roz¬ kladowi soli miedziowej.Sposób wytwarzania N-fosfonometyloglicyny o wzorze 1 wedlug wynalazku polega na dzialaniu na N-fosfonometylo-N-metylokarboksyloglicyne o wzorze 2, w temperaturze 70—200° mocnym kwa¬ sem o wartosci pKa ponizej 2,2, przy czym naste¬ puje hydroliza N-fosfonometylo-N-metylokarboksy- loglicymy do N-fosfonometyloglicyny i innych pro¬ duktów rozkladu. Przebieg reakcji ilustruje sche¬ mat. Mieszanine reakcyjna w celu wytracenia N- -fosfonometylogicyny rozciencza sie woda i miesza¬ jacym sie z woda rozpuszczalnikiem organicznym.Reakcje N-fosfonometylo-N-metylokarboksylogli- cyny z mocnym kwasem mozna prowadzic w rózny sposób, np. przez zmieszanie reagentów w naczyniu i ogrza¬ nie mieszaniny do temperatury reakcji. Mozna tez dodawac B N-fosfonometylo-N-metylokarboksyglicyne do mocnego kwasu, ogrzanego do temperatury reakcji. Proces mozna pro¬ wadzic równiez w ogrzewanym reaktorze rurowym.Jak wspomniano w procesie prowadzonym sposo¬ bem wedlug wynalazku temperatura reakcji moze io wahac sie w granicach 70—200*C, a nawet moze byc wyzsza. Dla latwiejszego przebiegu reakcji i w celu uzyskania najlepszej wydajnosci produktu pro¬ ces ¦ prowadzi sie ykorzystnie w temperaturze 80— 150°C. Czas reakcji nie jest ograniczony do was¬ kiego zakresu i moze zmieniac sie od 1 minuty do 40 i wiecej godzin. Dla fachowca jest oczywiste, ze A wydajnosc produktu zmienia sie zaleznie od czasu i temperatury reakcji, np. krótszy czas reakcji sto- suje sie przy wyzszej temperaturze, a w tempera¬ turze nizszej potrzebny jest dluzszy czas reakcji.Stosunek ilosci mocnego kwasu do ilosci N-fosfo- nometylo-N-metylokarboksyloglicyny nie ma istot¬ nego znaczenia i moze wahac sie od 1 czesci wa- gowej N-fosfonometylo-N-metylokarboksyloglicyny na 100 czesci wagowych kwasu do 3 czesci N- -fosfonometylo-N-metylokarboksyloglicyny na 1 czesc kwasu. Jednakze dla ulatwienia przebiegu reakcji i odzyskiwania produktu oraz poprawienia 89 27389 273 ekonomiki procesu korzystnie stosuje sie N-fosfo- nonietylo-N-metylokarboksyloglicyne w ilosci po¬ wyzej 1 czesci wagowej na 3 czesci wagowe mocne¬ go kwasu.Do mocnych kwasów stosowanych w procesie 5 prowadzonym sposobem wedlug wynalazku naleza kwasy o wartosci pKa ponizej 2,2. Korzystnie sto¬ suje sie kwasy o wartosci pKa ponizej 1,5, a naj¬ korzystniej o wartosci pKa 1,0 lub mniej. Jako mocne kwasy stosuje sie np. kwas siarkowy, dy- 10 miacy kwas siarkowy, kwas bromowodorowy, kwas solny, ikwas jodowodorowy, kwas fosforowy, kwas trójfluorooctowy, ikwas dwuchlorooctowy, kwas jo¬ dowy, kwas aulfonowy, kwas fosforowy, kwas siar¬ kowy, kwas chlorosulfonowy, kwas trójchloroocto- 15 wy, kwas pirofosforowy, trójtlenek siarki *itp.Jesli stosuje sie kwas siarkowy, jego stezenie mo¬ ze wynosic 20—60.%] dymiacego kwasu siarkowego lub nawet moze to byc trójtlenek siarki Dla uzyska¬ nia najlepszych wyników korzystnie stosuje sie 5% 2a dymiacy kwas siarkowy.Dla ulatwienia i ;ze wzgledów ekonomicznych za¬ zwyczaj proces prowadzi sie pod cisnieniem atmo¬ sferycznym. Mozna tez stosowac cisnienie wyzsze lub nizsze. Wyjsciowy zwiazek, N-fosfonometylo-N- -metylokarboksyloglicyne wytwarza sie w znany sposób, np. poddajac reakcji formaldehyd, chloro¬ wodorek kwasu aminodwuoctowego i kwas ortofos¬ forowy w obecnosci kwasu solnego. Zgodnie ze spo¬ sobem wedlug wynalazku mozna stosowac jako wyjsciowy zwiazek surowy produkt otrzymany'*- w wyniku opisanej reakcji, badz tez mozna stosowac N-fosfonometylo-N-metylokarboksyloglicyne oddzie¬ lona z mieszaniny reakcyjnej.' Jako organiczny rozpuszczalnik, uzywamy do wy¬ dzielania produktu otrzymanego sposobem wedlug wynalazku stosuje sie mieszajace sie z woda roz¬ puszczalniki organiczne np. alkohole, takie jak me¬ tanol, etanol, izopropanol, butanol itp., dioksan i 40 inne rozpuszczalne w wodzie zwiazki heterocyklicz¬ ne, kwasy karboksylowe, takie jak kwas octowy, kwas propinowy itp., ketony, takie jak aceton, me- tyloetyloketon itp., glikole i poliglikole, np. glikol etylenowy, glikol propylenowy, glikol dwuetyleno- 45 wy, 2-metoksyetanol, 2-dwumetoksytanol, gliceryne itp. Dla fachowca oczywiste jest, ze do wydzielania produktu mozna stosowac wiele innych rozpuszczal¬ ników organicznych, mieszajacych sie z woda.Zwiazki, otrzymywane sposobem wedlug wyna- 50 lazku, wykazuja dzialanie chwastobójcze.Sposób wedlug wynalazku jest blizej wyjasniony w ponizszych przykladach, w których jesli nie wskazano inaczej, wszystkie czesci podano jako czesci wagowe.Przyklad I. W odpowiednim naczyniu reak¬ cyjnym umieszcza sie 150 g 5% dymiacego kwasu siarkowego i ogrzewa do temperatury 90°C. Do dymiacego kwasu siarkowego dodaje sie w ciagu M 1 godziny 70 g N-fosfonometylo-N-imetylokarboksy- loglicyny. Mieszanine reakcyjna ogrzewa sie w cia¬ gu 2 godzin w temperaturze 100°C. Po uplywie tego czasu widmo magnetycznego rezonansu jadro¬ wego wskazuje, ze w mieszaninie nie ma juz N- M 55 -fosfonometylo-N-metylokacboksyloglicyny. Do mieszaniny reakcyjnej dodaje sie w temperaturze 50°C 20C ml wody, a nastepnie destyluje sie pod cisnieniem 43,18—45,72 mm Hg do osiagniecia tem¬ peratury 10O°C. Pozostalosc, z której odpedzono roz¬ puszczalnik, chlodzi sie do temperatury 30°C i do¬ daje sie 375 ml 80% izopropanolu. Roztwór oziebia sie w ciagu 2 godzin i odsacza. Placek filtracyjny przemywa sie 80% izopropanolem, 50 ml wody i suszy otrzymujac 35 g N-fosfonometyloglicyny o czystosci 93,5%. Przesacz i ciecz z przemywania la¬ czy sie i odpedza pod cisnieniem 4348—45,72 mm Hg do osiagniecia temperatury 105°. Pozostalosc po odpedzeniu chlodzi sie do temperatury 4Ó°C i dodaje sie 50% roztwór wodorotlenku sodu (235 g), doprowadzajac wartosc pH w temperaturze ponizej 60°C do 2,45. Mieszanine te poddaje sie destylacji pod cisnieniem atmosferycznym do osiagniecia tem¬ peratury 105®C. Pozostalosc chlodzi sie do tempe¬ ratury 50°C i dodaje sie tmetanol (800 ml), a na¬ stepnie mieszanine chlodzi sie do temperatury 10°C.Oziebiona mieszanine miesza sie w ciagu 1 godziny, saczy i przemywa placek osadu dodatkowa iloscia 50 ml metanolu. Pozostalosc rozszlamowuje sie w metanolu (200 ml), oziebia do temperatury 15°C i dodaje izopropyloamine (7 g). Mieszanine te mie¬ sza sie w ciagu póltorej godziny, saczy, a pozosta¬ losc na saczku przemywa sie metanolem (100 ml).Przesacze metanolowe laczy sie i oddestylowuje sie metanol az do osiagniecia temperatury 70°C. Do pozostalosci dodaje sie 40 ml wody, a reszte me¬ tanolu usuwa sie nastepnie pod zmniejszonym cis¬ nieniem, az do osiagniecia temperatury 75*C. Z pozostalosci otrzymuje sie dodatkowo 33 g N-fosfo¬ nometyloglicyny w postaci soli z izopropyloamina.Zawartosc N-fosfonometyloglicyny w roztworze próbki soli wynosi 33,8%u Przykladu. W odpowiednim naczyniu reak¬ cyjnym umieszcza sie 30 g 98% kwasu siarkowego i ogrzewa sie do temperatury 100#C. Do naczynia* dodaje sie w ciagu 1,5 godziny N-foafonometylo- -N-metylokarboksyloglicyne (22,8 g) utrzymuiac temperature w granicach 100^110*C. Powstala mie¬ szanine ogrzewa sie w ciagu 15 minut w tempera¬ turze 110—115gC, rozciencza woda do obj^toAci 50 ml, oziebia i w celu uzyskania wartosci pH=—2,2 do¬ daje sie roztwór 24 g wodorotlenku sodu w 50 ml wody. Mieszanine odparowuje sie pod zmniejszo¬ nym cisnieniem, w temperaturze U0°C do pólsuchej pozostalosci, do której dodaje sie metanol i saczy, a placek osadu przemywa sie dodatkowo 25 ml metanolu. Sucha pozostalosc suszy sie w tempera¬ turze 100°C otrzymujac 57 g substancji, zawiera¬ jacej 22,5% N-fosfonometyloglicyny.Przyklad III. W odpowiednim naczyniu reak¬ cyjnym umieszcza sie 150 g 5%i dymiacego kwasu siarkowego i ogrzewa do temperatury 110°C. Na¬ stepnie, utrzymujac temperature kwasu 110°C do¬ daje sie w ciagu 1 godziny N-fosfooometylo-N- -metylokarboksyglicyne (50 g). Mieszanine ogrzewa sie w ciagu dalszej 0,5 godziny, w temperaturze 110°C. Pobrana w tym momencie niewielka próbka umieszczona w urzadzeniu do badania widma mag-89 273 6 netycznego rezonansu jadrowego wskazuje ze w mieszaninie nie wystepuje N-fosfonometylo-N-me- tylokarboksyloglieyna. Do czesci mieszaniny reak¬ cyjnej (167 g) dodaje sie 200 ml wody, utrzymujac temperature ponizej 30°C i otrzymana mieszanine 5 destyluje sie ped cisnieniem 43,18 mm Hg z para wodna do osiagniecia temperatury 100°C. Do mie¬ szaniny reakcyjnej dodaje sie 300 ml izopropanolu i chlodzi, a nastepnie do tej mieszaniny dodaje sie ' wode (50 ml) i saczy. Z pozostalosci po wysuszeniu 16 otrzymuje sie 21,0 g substancji zawierajacej 92% N-fosfonometyloglicyny. Przesacz izopropanolowy odpedza sie do osiagniecia temperatury 105°C. W celu nastawienia wartosci pH = 2,5 do otrzymanej mieszaniny dodaje sie 200 g wodorotlenku sodu w is postaci 50% roztworu w wodzie. Mieszanine odpa¬ rowuje sie do osiagniecia temperatury 105°C, doda¬ je sie 200 ml metanolu, chlodzi i saczy. Placek osadu przemywa sie metanolem i dodaje do mie¬ szaniny 200 ml metanolu i 4,0 g izopropyloaminy. ao Szlam saczy sie, a przesacz metanolowy destyluje sie, otrzymujac 14,0 g pozostalosci, która rozpuszcza sie w 14,5 g wody. Otrzymuje sie 28,5 g roztworu, zawierajacego 30,0% N-fosfonometyloglicyny.Przyklad IV. W odpowiednim naczyniu reak- 25 cyjnym umieszcza sie 150 g 98% kwasu siarkowego, . ogrzewa sie go do temperatury 90°C i dc daje sie w ciagu 1 godziny N-fosfonometylo-N-metylokar- boksyloglicyne (70 g), utrzymujac temperature 110°C. Mieszanine reakcyjna ogrzewa sie w ciagu 30 nastepnych 2 godzin w temperaturze 100°C, otrzy¬ mujac 220,5 g roztworu, którego analiza widma w ultrafiolecie wykazuje obecnosc N-fosfonometylo¬ glicyny w ilosci 22,36%.Przyklad V. W szklanym naczyniu reakcyj¬ nym, wyposazonym w mieszadlo i termometr, u- mieszcza sie 150 g 5% dymiacego kwasu siarkowe¬ go, który ogrzewa sie do temperatury 110°C i u- trzymujac ta temperature, dodaje sie w ciagu 1 go dziny 70 g N-fosfonometylo-N-metylokarboksylo glicyne. Mieszanine reakcyjna ogrzewa sie w cia¬ gu nastepnej godziny w temperaturze 110°C. Po tym czasie analiza widma magnetycznego rezonansu jadrowego wskazuje, ze w mieszaninie nie ma N- -fosfonometylo-N-metylokarboksyloglicyny. Analiza , mieszaniny reakcyjnej (214,0 g, próbka 22,35%) wskazuje, ze otrzymuje sie N-fosfonometyloglicyne z wydajnoscia 95,3%i.Przyklad VI. W ampulce szklanej umieszcza 50 sie 20 g N-fosfonometylo-N-metylokarboksyloglicy- ny i 36 g stezonego kwasu solnego, po czym am¬ pulke zamyka sie i ogrzewa wraz z zawartoscia w ciagu 16 godzin do temperatury 150°C. Nastepnie ampulke chlodzi sie, otwiera i saczy jej zawartosc 55 przez wegiel drzewny. Przesacz odparowuje sie do stanu pólsuchego i rozszlamowuje w 30 g octanu.Szlam acetonowy saczy sie, a sucha pozostalosc suszy, otrzymujac 14 g ciala stalego zidentyfikowa¬ nego jako N-fosfonometyloglicyna. ^ 40 Przyklad VII. W odpowiednim naczyniu reak¬ cyjnym umieszcza sie 30 g N-fosfonometylo-N-me- tylokarboksyloglicyny i 40. g stezonego kwasu siar¬ kowego i ogrzewa sie w ciagu 1,5 godziny w tem¬ peraturze 100—110°C. Nastepnie dodaje sie wode i mieszanine ogrzewa sie do temperatury 100°C.Mieszanine reakcyjna chlodzi sie do temperatury °C i neutralizuje 50% roztworem wodnym wo¬ dorotlenku sodu do osiagniecia wartosci pH = 1,5.Podczas neutralizacji wytraca sie osad. Mieszanine chlodzi sie i odsacza wytracony osad, otrzymujac ,1 g ciala stalego zawierajacego 47,9% N-fosfono¬ metyloglicyny, Przyklad VIII. W ciagu 2 godzin ogrzewa sie w temperaturze 145^155°C roztwór 23,0 g N-fosfo- nometylo-N-nietylokarboksyloglicyny w 40 g 75% kwasu siarkowego. Dodaje sie nastepnie wode i wodorotlenek sodu, doprowadzajac pH mieszaniny do wartosci 1,8. Po odstaniu z mieszaniny wydzie¬ la sie N-fosfonometyloglicyna (15,7 g, 4$% zawar¬ tosci).Przyklad IX. W uszcielnionej rurce szklanej ogrzewa sie w ciagu 8 godzin, w temperaturze 150°C roztwór N-fosfonometylo-N-metylokarboksyloglicy- ny w stezonym kwasie solnym, zawierajacym 1 równowaznik kwasu jodowodorowego. Analiza * magnetycznego rezonansu jadrowego wykazuje o- becnosc w mieszaninie N-fosfonometyloglicyny, kwasu glikolowego i kwasu octowego.Przyklad X. W uszczelnionej rurce sriclanej ogrzewa sie w ciagu 8 godzin, w temperaturze 150°C roztwór N-fosfonometylo-N-metylokarboksy- loglicyny w 47% kwasie bromowodorowym. Analiza magnetycznego rezonansu jadrowego wykazuje o- becnosc w mieszaninie N-fosfonometyloglicyny, kwasu glikolowego i kwasu bromooctowego. PL